海鸥灯塔问题是否存在频率论或非贝叶斯解?

机器算法验证 回归 贝叶斯 最小二乘 常客 柯西分布
2022-03-19 17:08:59

是否存在使用柯西分布正确建模的海鸥灯塔问题的频率或 ODE 或非贝叶斯解决方案?

请参阅灯塔问题和戴夫哈里斯对此线程的回答:贝叶斯灯塔位置估计

2个回答

确实很有趣的问题。接下来是三个非贝叶斯解决方案。

经典物理学家的观点

这是我的物理学家的解决方案。 这里是经验柯西分布的 CDF,或者您也可以将其称为分位数(百分位数)函数。

α=median[xk]=F1(1/2)
β=F1(3/4)F1(1/4)
F在此处输入图像描述

柯西分布(又名物理学中的 Breit-Wigner)没有均值,但它是对称的。因此,中位数是对的一个不错的估计。α

因为它也没有变化,所以在物理学中,当使用这种分布时,半高宽度的概念被用来描述它的离散度。它发生在 PDF 的半高处的宽度是并且对应于第一和第三四分位数之间的跨度(四分位数范围)。β

MLE

最大似然估计当然更有效。但是,我的非常简单和直观。

OLS(不工作)

还有一个可怕的回归解决方案。看分布的分位数函数:

Q(p;α,β)=α+βtan[π(p12)]

看来,我们可以将其转换为 OLS 问题(假设是有序的!): 其中xk

xk=α+βtan[π((k1/2)/N12)]
xk=α+βzk,
zk=tan[π((k1/2)/N12)]

OLS 将立即为您提供估计值α^,β^

问题是,OLS 假设方差有限,而 Cauchy 没有。所以,OLS 的输出是垃圾。这是用于试验的 R 代码,看看我的第一个方法是多么强大。

alpha <- 10 # unkonwn true values
beta  <- 30 # this is known for now
##################
set.seed(123)
N       <- 1024
theta_k <- runif(N,-pi/2,pi/2)
x_k     <- beta * tan(theta_k) + alpha
q123 = quantile(x_k,c(1/4,1/2,3/4),type=1)
print("alpha")
print(q123[2])
print("beta")
print((q123[3] - q123[1])/2)

y = sort(x_k)
x = tan(pi*((seq(1:N)-0.5)/N-1/2))
fit = lm(y~x)
print(fit)

输出:

alpha <- 10 # unkonwn true values
beta  <- 30 # this is known for now
##################
set.seed(123)
N       <- 1024
theta_k <- runif(N,-pi/2,pi/2)
x_k     <- beta * tan(theta_k) + alpha
q123 = quantile(x_k,c(1/4,1/2,3/4),type=1)
print("alpha")
print(q123[2])
print("beta")
print((q123[3] - q123[1])/2)

y = sort(x_k)
x = tan(pi*((seq(1:N)-0.5)/N-1/2))
fit = lm(y~x)
print(fit)

由于并且您想估计灯塔的位置,即,您的问题只是对柯西分布进行推断。在这里你会找到你需要的东西:https ://en.wikipedia.org/wiki/Cauchy_distribution#Estimation_of_parametersxCauchy(α,β)(α,β)